In this research project, high-quality epitaxial growth of wide bandgap SiC, control of its properties and MOS (metal-oxide-semiconductor) interfaces, and applications to high-power devices have been investigated. By using high-purity and high-quality SiC epilayers, conductivity control has been realized in the wide range from 10^<14> to 10^<20>cm^<-3>. Selective impurity doping by ion implantation has been systematically investigated. Low sheet resistances of 105Ω/□ for n-type and 3600Ω/□ for p-type were obtained. Formation of deep pn junction by MeV ion implantation and semi-insulating SiC layers formed by V ion implantation were also investigated. Detailed characterization of MOS capacitors on n- and p-type SiC revealed clear relationship between oxidation condition and MOS interface quality. The inversion channel mobility in SiC MOSFETs may be controlled by the electron trapping and negative charge caused by shallow acceptor-like interface states. The channel mobility has been imp
… Moreroved from 5cm^2/Vs up to 96cm^2/Vs by utilizing a novel crystal face of (1120). The channel mobility for SiC (1120) MOSFETs showed a negative temperature coefficient for the first time, which is critical for power MOSFET applications. Various high-voltage SiC devices have been successfully fabricated. Ni/SiC Schottky diodes exhibited a 1630V breakdown voltage together with a low on-resistance of 5mΩcm^2. Epitaxial mesa and implanted planar SiC pin diodes showed very high breakdown voltages of 4200V and 4600V, respectively. The breakdown voltages of SiC pin diodes increased with increasing temperature, indicating avalanche breakdown. Lateral high-voltage (700V) SiC MOSFETs have been also demonstrated.(2)ダイオードの温度特性を調べ、200℃の高温でも良好な動作を確認した。耐圧は温度の上昇と共に高電圧側にシフトし、絶縁破壊がトンネリングではなくアバランシェ破壊によるものであることが判明した。また、アバランシェ時の電流を3A/cm^2まで増大させても特性劣化しないというロバスト(堅牢)なダイオードの作製に成功した。(3)ダイオードのスイッチング特性を調べたところ、ターンオフ時間が20ns以下と極めて高速のスイッチングが可能であることが分かった。これは、イオン注入によってpn接合界面近傍に、適度な再結合中心が導入されたからである。2.MOS型SiCパワーデバイスの作製(1)従来の(0001)面ではなく(1120)面を用いることで、4H-SiCのMOS反転層チャネル移動度を5〜10cm^2/Vsから80〜97cm^2/Vsにまで向上させた。また、SiC(1120)面上のMOSFETでは温度を上昇させたときにチャネル移動度が減少するという半導体デバイス本来の特性が現れる。(2)高耐圧横型SiC MOSFETのデバイスシミュレーションを行い、長さ10μm程度、ドナー密度1×10^<17>cm^<-3>程度のRESURF領域を用いることで1000V以上の耐圧が達成できることが分かった。(3)RESURF領域を有する横型SiC MOSFETを試作し、700Vの高耐圧を達成した。また、実際に(1120)面を用いることがオン抵抗の低減に有効であることが分かった。 Less